Stahllegierung und Verfahren zu deren Herstellung. Vorliegende Erfindung betrifft eine Kup fer und Chrom enthaltende Stahllegierung, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Es sind verschiedene Stahllegierungen be kannt, die Kupfer in Mengen von 1 oder 2 enthalten und es ist auch schon vorgeschla gen worden, chromhaltige Stahllegierungen herzustellen, deren Kupfergehalt oberhalb 5 % liegt. Solche Stahllegierungen mit einem höheren Kupfergehalt als 5 % konnten jedoch in die Technik keinen Eingang finden, da keine Verfahren bekannt waren, um aus ihnen in befriedigender Weise brauchbare Gegenstände herzustellen.
Rostbeständige Stahllegierungen, die über 5 % Kupfer und über 10 % Chrom enthalten, können in an sich bekannter Weise herge stellt werden.
Giesst man diese in üblicher Weise in Sandformen, so weisen die Gussstücke eine unerwünschte Kristallstruktur auf. Es wurde nun.:. gefunden, dass diese Schwierigkeiten überwunden werden können, wenn man beim Giessen gewisse Vorsichts massregeln beobachtet. Es ist auch wün schenswert, ausserdem gewisse Anlass- und Wärmebehandlungsverfahren (z. B. zur Här tung), die später beschrieben werden, anzu wenden, die stark von denen abweichen, die bei den bekannten Chrom-Nickel-Stahlgüssen Verwendung finden.
Es wurde gefunden, dass. eine langsame Abkühlung die Ausbildung einer dendriti- schen Kristallstruktur bewirkt, die für Guss- stücke nicht unerwünscht ist, dass es aber durch rasche Abkühlung möglich ist eine feine polyedrische Struktur zu erzeugen, die sich bei Gussstücken als besonders günstig er wiesen hat.
Die Erfindung betrifft nun eine leicht bearbeitbare und rostbeständige Stahllegie rung mit einem Gehalt an 5 bis 20 % Kupfer und 10 bis 30 % Chrom, wobei der Rest min- destens zum grössten Teil aus Eisen und einem Kohlenstoffgehalt bis 0,3 % besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung infolge rascher Abkühlung eine feine poly- edrische Kristallstruktur aufweist.
Die rasche Abkühlung kann dadurch be wirkt werden, dass man in Kokillen giesst, oder indem man die Gussstück e sobald als an- gängig, .d. h.nach weniger als 2 bis 3 Stunden aus den Sandformen nimmt und an. der Luft abkühlen lä-sst.
Die Gussst@ücl,:können ausserdem auch noch besonderen Anlass- und Wärme,beIiand- lungsverfa.lien unterworfen werden, die nach stehend besehrieben werden.
Während Chrom- Nickel-Stähle durch Abschrecken scllniiad- bar gemacht, oder durch langsames Abküh len gehärtet werden können, sind die so er z it,
<B>'</B> Itc n Eigeiusehaften in der Regel nicht re- versibel. Bei .der vorliegenden Legierung isst es nirii möglich .die Anlass,belia.ndlung bei Temperaturen zwischen<B>750</B> C und<B>970</B> l-' durchzuführen,
.die dann in der Pegel von einer härtenden Hitzebehandlung, bestehend in einer Abschreckung oder Luftkühlung, sowie einer nocbina-ligen Wärmebehandlung gefolgt sein kann. Die so erhältlichen harten und weichen Eigeiusclia.ften sind reversibel.
Folgende Versuche wurden mit einem Guss aus einer Legierung, die: 15% Cr, 1(l % Cu und 1 % W enthielt und bei <B>970'</B> C angelassen wurde, durchgeführt.
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Temperatur <SEP> der <SEP> Nachbehandlung <SEP> <B>:2010</B> <SEP> 500 <SEP> <SEP> 600 <SEP> " <SEP> 7<B>(</B>)t) <SEP> <SEP> <B>750</B> <SEP> " <SEP> 8(l0
<tb> Izodwert <SEP> 2 <SEP> 0,5 <SEP> 2 <SEP> 7 <SEP> 16 <SEP> 20
<tb> Brinellhä.rte <SEP> 28<B>6</B> <SEP> 3r10 <SEP> <B>21155</B> <SEP> 196 <SEP> 163 <SEP> 170 Die niedrigen N a.ch behandlungstempera- turen sind erwünscht, wenn eine gute B,eizbarkeit gefordert wird, während die höheren Temperaituren eine maximale Weich heit ergeben.
Bei einem Gehalt der Legierung an <B>15</B> % Cr und 1l) % Cu beträgt die Tempera tur zur Erzielting einer maximalen Härte etwa. 500 C.
Die oben beschriebenen Behandlungswei- sen empfehlen sich insbesondere für Chroni- Kupfer-Stabllegierungen, in denen der Chrom- gPhalt demjenigen der bekannten Chrom- Nicl#.el-Stä.lrle analog ist.
Bei einer Zunahme des Chromgehaltes von 10 auf 15 % oder von <B>1-7</B> auf 19 % nimmt die Korrosionsbeständig keit progressiv zu. Aus Gründen der Wirt schaftlichkeit liegt jedoch die obere Grenze de,s Chromgehaltes bei 20 bis '25%, obschon auch Chrommengen bis zu 3(1% verwendet werden können.
Der minimale. Kupfergelia.lt liegt hei etwa 5 bis<B>6%,</B> vorzwgsweise nicht niedriger als 7 bis 8 %. Am günstigsten hat sich ein Kupfergehalt von 8 bis 10% erwiesen. Der Kupfergehalt kann bis auf 20 % ansteigen.
Eine starke Erliöliung ,des Kupfergehaltes er- bülit die Duktilität auf Kosten -der Korro- sion@sbeständigkeit. In Legierungen, die kalt gezogen werden sollen, können 15 bis 24) % ii enthalten sein.
Der Rrest der Legierung besteht meist zur Ha@upt@sache aus Eisen. Die Legierung kann aber auch noch kleine. Mengen Wolf- rain, Dlolylidän oder Niob enthalten. Der Clelialt; an Molybdän oder Wolfram kann bis ,)%, derjenige an N iob bis zu 1 % betragen.
Der Kohlenstoffgehalt sollte möglichst niedrig sein. Durch Verzicht auf einen Teil der Rostbeständigkeit kann eine solimiedbare L;@gierung mit<B>C</B> erhalten werden, doch ist der Kohlenstoffgehalt vorteilhafterweise unter 0,121% zu wählen.
Kupfer-chromlegierte Legierungen, die wie oben beschrieben behandelt wurden und 15% oder weniger Chrom enthalten, sind lufterhürtend, während solche finit höherem Chronige@halt als<B>15%</B> nicht lufterhärtend sind.
I),ie erfili@dungsigemä ssen Kupfer-Chrom- Stahllegierungen sind .sehr duktil, haben eine hohe Zugfestigkeit und eine beträchtliche Korrosionsfestigk < -it. Sie stellen rostfreie Stahle mit ;
ähnlichen tigenschaften wie Chrom-Nickel,Stähle dar und haben in der Regel auch. einen: ähnlichen Kohlenstoff- gehalt, @d. h.<B>0,05</B> bis, 0,1 % Kohlenstoff.
Steel alloy and process for their manufacture. The present invention relates to a steel alloy containing copper and chromium, and to a method for its production.
Various steel alloys are known which contain copper in amounts of 1 or 2 and it has also been proposed to produce chromium-containing steel alloys whose copper content is above 5%. Such steel alloys with a copper content of more than 5% could not find their way into the art, however, since no processes were known for producing them from them in a satisfactory manner useful articles.
Rust-resistant steel alloys that contain over 5% copper and over 10% chromium can be manufactured in a manner known per se.
If these are cast in the usual way in sand molds, the cast pieces have an undesirable crystal structure. It was now.:. found that these difficulties can be overcome if one observes certain precautionary measures when pouring. It is also desirable to use certain tempering and heat treatment processes (e.g. for hardening), which will be described later, which differ greatly from those used in the known chrome-nickel steel castings.
It has been found that slow cooling causes the formation of a dendritic crystal structure, which is not undesirable for castings, but that it is possible to produce a fine polyhedral structure through rapid cooling, which is particularly favorable for castings has meadows.
The invention now relates to an easily machinable and rust-resistant steel alloy with a content of 5 to 20% copper and 10 to 30% chromium, with the remainder at least for the most part being iron and a carbon content of up to 0.3%, characterized that the alloy has a fine polyhedral crystal structure due to rapid cooling.
The rapid cooling can be brought about by pouring in molds, or by casting the cast pieces as soon as possible, .d. i.e. after less than 2 to 3 hours from the sand molds and takes. the air to cool down.
The Gussst @ ücl,: can also be subjected to special occasion and warmth, treatment processes, which are described below.
While chromium-nickel steels can be made weldable by quenching or hardened by slow cooling, the so-called
<B> '</B> Itc n properties usually not reversible. In the case of the present alloy, it is not possible to carry out the treatment at temperatures between <B> 750 </B> C and <B> 970 </B> l- ',
.which can then be followed by a hardening heat treatment consisting of a quenching or air cooling, as well as a subsequent heat treatment. The hard and soft properties that can be obtained in this way are reversible.
The following tests were carried out with a cast made from an alloy which: 15% Cr, 1 (1% Cu and 1% W and was tempered at <B> 970 '</B> C.
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Temperature <SEP> of the <SEP> post-treatment <SEP> <B>: 2010 </B> <SEP> 500 <SEP> <SEP> 600 <SEP> "<SEP> 7 <B> (</B>) t ) <SEP> <SEP> <B> 750 </B> <SEP> "<SEP> 8 (l0
<tb> Izod value <SEP> 2 <SEP> 0.5 <SEP> 2 <SEP> 7 <SEP> 16 <SEP> 20
<tb> Brinell hardness <SEP> 28 <B> 6 </B> <SEP> 3r10 <SEP> <B> 21155 </B> <SEP> 196 <SEP> 163 <SEP> 170 The low N a. Ch treatment temperatures are desirable if good heatability is required, while the higher temperatures result in maximum softness.
If the alloy contains <B> 15 </B>% Cr and 1l)% Cu, the temperature for achieving maximum hardness is approximately. 500 C.
The methods of treatment described above are particularly recommended for chronicle copper rod alloys in which the chromium gP content is analogous to that of the known chromium nickel steel rods.
If the chromium content increases from 10 to 15% or from <B> 1-7 </B> to 19%, the corrosion resistance increases progressively. For reasons of economy, however, the upper limit of the chromium content is 20 to 25%, although chromium quantities of up to 3 (1% can also be used.
The minimum. Copper gelia.lt is about 5 to <B> 6%, </B> preferably not lower than 7 to 8%. A copper content of 8 to 10% has proven to be most favorable. The copper content can rise to 20%.
A strong increase in the copper content increases the ductility at the expense of the corrosion resistance. Alloys that are to be cold drawn can contain 15 to 24)% ii.
The remainder of the alloy consists mostly of iron. But the alloy can also be small. Contains quantities of tungsten, diolyliden or niobium. The clelialt; of molybdenum or tungsten can be up to.)%, that of Niob up to 1%.
The carbon content should be as low as possible. By foregoing part of the rust resistance, a solimodible alloy with <B> C </B> can be obtained, but the carbon content should advantageously be chosen below 0.121%.
Copper-chromium alloyed alloys, which have been treated as described above and contain 15% or less chromium, are air-hardening, while those finitely higher chronic content than <B> 15% </B> are not air-hardening.
I), ie the required copper-chromium steel alloys are .very ductile, have a high tensile strength and considerable corrosion resistance. They provide stainless steels with;
similar properties as chromium-nickel, steels and usually have. a: similar carbon content, @d. i.e. 0.05 to 0.1% carbon.